定速立式電機異常振動原因分析及處理

秦建軍，司耀強，紀東興，俞文瑾，李 頡

(山東能源內蒙古盛魯電力有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 016299)

0 引言

支撐系統設計缺陷和安裝問題都會導致支撐系統剛度不足，進而導致旋轉機械異常振動[1]。文獻[2-4]對基礎剛度不足，以及軸承座與臺板、臺板與基礎接觸不良引起的支撐系統連接剛度不足，進而導致設備異常振動的現象進行了分析；文獻[5-6]對支撐系統結構原因所引起的支撐系統共振，進而誘發異常振動進行了分析。

下面介紹某電廠因法蘭剛度不足引起電動機異常振動甚至共振的實例，闡述該類振動的振動特征，分析處理方法和解決措施，以期為解決同類振動問題提供參考。

1 設備概況

某電廠1 000 MW 機組配備2 臺給水泵汽輪機，每臺給水泵汽輪機配備2 臺主潤滑油泵和1 臺事故油泵。主潤滑油泵電機為隔爆型三相異步電動機，型號為YBX3-200L1-2V1，功率為30 kW，轉速為2 960 r/min，前后軸承均為6312 型。潤滑油泵型號為80LY-80-G，轉速為2 950 r/min，質量為235 kg，流量為600 L/min，出口壓力為0.8 MPa。主油泵為潛油泵，其電動機為立式布置。

2 振動故障情況

2022-12-07，某電廠1 號機組給水泵汽輪機B 主油泵A 電動機振動異常，其各方向振動值見表1，振動頻率為1X。經過分析判斷，其振動是由導向軸承損壞引起的。2023 年，1 號機組檢修期間更換其導向軸承后振動恢復正常，經測量，其各方向振動均為30 μm 左右。但在運行1 周后，其振動值變大。2023-06-14，在電動機空轉狀態下對其進行振動測量，具體數據見表1。

表1 電動機振動數據

觀察頻譜發現各方向振動頻率均為1X，而觀察波形發現驅動端南北方向波形存在削頂現象(見圖1)。

圖1 電動機驅動端南北方向波形

2023-06-26，電動機檢修回裝后在停機狀態對其進行振動測量，發現非驅動端東西和南北方向振幅都在10～60 μm 之間波動，驅動端東西和南北方向振幅都在10～30 μm 之間波動。

在電動機停機狀態進行振動測量后，在其法蘭東西方向設置支撐千斤頂，并進行振動測量。其振動值見表2，非驅動端東西方向極坐標圖見圖2。從測量結果可以看出，法蘭東西方向剛加千斤頂支撐后非驅動端東西方向振幅在5 ～25 μm之間波動，其平均值為14 μm，振幅較加千斤頂之前(71 μm)下降明顯。隨后其振幅升高，在15 ～40 μm 之間波動，平均值為25 μm。從圖2可以看出電動機非驅動端東西方向振幅和相位均有波動。

圖2 法蘭東西方向加千斤頂支撐后電動機非驅動端東西方向極坐標

表2 加千斤頂前后電動機振動數據

從表2 可以看出，法蘭東西方向加千斤頂支撐后，電動機南北方向的振動和地腳螺栓處軸向振動沒有明顯變化。

3 振動原因分析

3.1 電動機振動特點

通過分析振動情況可知，該電動機振動具有如下特點。

1) 振動方向性明顯。驅動端東西方向振動平均值是南北方向振動平均值的2 倍，非驅動端東西方向振動平均值是南北方向振動平均值的1.8 倍。

2) 非驅動端振幅較驅動端大。東西方向非驅動端振幅是驅動端的2.2 倍，南北方向非驅動端振幅是驅動端的2.4 倍。

3) 振幅波動大。非驅動端東西方向振動在50～100 μm 之間波動，非驅動端南北方向振動在15～60 μm 之間波動。

4) 振動具有周期性。電動機4 個測點的振幅是增大→減小→增大→減小，如此循環。

3.2 原因分析

根據電動機東西方向較南北方向振動大且離地腳螺栓越遠振動越大的特點，可認為電動機支撐剛度不足[7-9]，且東西方向支撐剛度較南北方向更差。此外，電動機振幅波動大，且具有周期性，因此推測其是由拍振引起的。由電動機驅動端南北方向波形(圖1)可看到明顯的削波現象，說明電動機驅動端南北方向可能存在碰摩現象。

將電動機拆解進行檢查，確認是否存在碰摩現象。測量結構固有頻率的方法有停機分析、敲擊法、掃頻法、隨機激勵法等。由于測試儀器并不具以上功能，工頻電動機也不具備變速功能，因此采取在停運狀態測量其振幅來確定是否存在共振現象。此外，判斷零部件結構剛度不足的方法主要有偏心輪激振測試和加重試驗兩種方法；判斷連接剛度不足可采用差別振動的方法進行診斷?，F通過使用千斤頂對法蘭東西方向進行支撐來確定是否存在支撐剛度不足的情況。最后，受制于測試儀器性能，決定通過絕對相位是否也存在波動來判斷電動機是否存在拍振現象。對電動機進行拆解檢查發現其驅動端端蓋漆面有磨損，驗證了其驅動端存在碰摩現象。

電動機在停機狀態驅動端振幅最大為30 μm，非驅動端振幅最大為60 μm，可以判斷電動機存在共振現象?，F場電動機立式安裝于法蘭面，法蘭與油箱頂面連接。測量油箱頂部豎直方向振動不超過10 μm，因此排除油箱頂面發生共振的可能性。

在法蘭東西方向加千斤頂支撐后其東西方向振動下降明顯，南北方向振動沒有變化。這不僅驗證了共振源是法蘭，同時說明了法蘭存在支撐剛度不足的問題。法蘭東西方向加千斤頂支撐后其非驅動端東西方向振幅波動和相位波動大說明了電動機存在拍振現象。

4 處理措施

1) 針對電動機驅動端存在動靜碰摩的問題，更換電動機驅動端軸承，該現象消失。

2) 由于有阻尼系統固有頻率與其系統剛度的平方根成正比(見式(1))，因此通過在法蘭處焊接槽鋼來提高法蘭剛度和其固有頻率，避免異常振動現象的發生。該措施實施后電動機非驅動端振動不超過30 μm。

式中，ωd為有阻尼系統固有頻率；k為系統剛度；ξ為阻尼比；m為系統質量。

3) 針對電動機存在拍振的現象，在法蘭連接處放置隔振材料，放置后電動機振幅波動減小。

5 結論

針對某定速立式電動機非驅動端振幅過大的問題，通過振動監測確定了其存在動靜碰摩、共振、支撐剛度不足和拍振的問題，通過更換軸承、提升法蘭剛度和放置隔振材料的方法降低了設備振動，得出了如下結論。

1) 動靜碰摩會造成振動波形出現削頂現象。

2) 現場不具備使用停機分析、敲擊法確定設備固有頻率時，可根據轉動機械在靜止狀態的振動情況來確定設備是否存在共振。

3) 轉動設備拍振會導致振幅周期性變化和相位波動。